FR3052838B1 - Joint d'etancheite presentant une ou plusieurs portions localement surelevees - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un Joint (80) d'étanchéité conçu pour être interposé entre deux parties d'un ensemble propulsif (1) d'un aéronef, ledit joint (80) comportant une base (84) et une partie tubulaire (82) cylindrique, la base (84) et la partie tubulaire (82) étant allongées selon un axe longitudinal du joint, la base (84) présentant une épaisseur minimale (h), le joint (80) comportant au moins une portion localement surélevée, la base (84) présentant au niveau de chaque portion localement surélevée une épaisseur (H) supérieure à l'épaisseur minimale (h), la base (84) comportant, pour chaque portion localement surélevée, au moins un pli (92) de renfort comprenant un matériau résistant au feu.

Description

L’invention se rapporte à un joint d’étanchéité destiné à être interposé entre deux parties d’un ensemble propulsif d’un aéronef, l’ensemble propulsif étant constitué d’un turboréacteur et d’une nacelle. Un tel joint sera par exemple interposé entre deux parties de la nacelle, ou entre le turboréacteur et une partie de la nacelle.

Parmi les aéronefs, on connaît notamment des avions qui sont mus par un ou plusieurs turboréacteurs logés chacun dans une nacelle. Les nacelles modernes sont souvent prévues pour abriter un turboréacteur double flux apte à générer, d’une part, un flux de gaz chauds (également appelé flux primaire) issu de la chambre de combustion du turboréacteur, et, d’autre part, un flux d’air froid (dit flux secondaire) issu de la soufflante et circulant à l’extérieur du turboréacteur, à travers un passage annulaire généralement dénommé veine secondaire. Les deux flux sont éjectés du turboréacteur par l’arrière de la nacelle.

Une nacelle de turboréacteur présente généralement une structure tubulaire comportant : - une section avant, ou entrée d’air, située en avant du turboréacteur ; - une section médiane, destinée à entourer la soufflante du turboréacteur ; - une section arrière, destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur, et embarquant généralement des moyens d’inversion de poussée ; - une tuyère d’éjection, dont la sortie est située en aval du turboréacteur.

La section arrière présente généralement une structure fixe externe (couramment dénommée OFS, pour « Outer Fixed Structure ») qui définit, avec une structure fixe interne (« également dénommée IFS pour « Inner Fixed Structure »), la veine secondaire servant à canaliser le flux d’air froid.

Les moyens d'inversion de poussée permettent, lors de l'atterrissage d'un avion, d'améliorer la capacité de freinage de celui-ci en redirigeant vers l'avant une fraction majoritaire de la poussée engendrée par le turboréacteur. Dans cette phase, l'inverseur obstrue généralement la veine du flux froid et dirige ce dernier vers l'avant de la nacelle, engendrant de ce fait une contre-poussée qui vient s'ajouter au freinage des roues de l'avion. Les moyens mis en oeuvre pour réaliser cette réorientation du flux froid varient suivant le type d'inverseur. Une configuration courante est celle des inverseurs de poussée dits « à grilles ». Dans ce type d’inverseur de poussée, le capot externe de la section arrière est coulissant. La translation vers l’arrière de ce capot coulissant permet de découvrir des grilles d’inversion mettant en communication la veine de flux froid et l’extérieur de la nacelle. La translation du capot coulissant permet en outre de déployer des volets de blocage dans la veine de flux froid. Ainsi, par l’action combinée des volets de blocage et des grilles d’inversion, le flux froid est redirigé vers l’avant de la nacelle.

On voit donc qu’un ensemble propulsif d’avion intègre différents sous-ensembles fonctionnels, tels que les capots coulissants d’inversion de poussée, qui subissent des mouvements relatifs et entre lesquels il convient d’assurer l’étanchéité à différents fluides, dont l’air.

En particulier, il importe que les capots qui entourent le turboréacteur et qui délimitent la veine secondaire sur une partie de son parcours canalisent cette veine secondaire sans fuite vers le turboréacteur. Il est particulièrement important de créer une barrière d’étanchéité entre la partie amont de chaque capot et le turboréacteur pour prévenir toute fuite de la veine secondaire vers le turboréacteur. Une telle fuite est particulièrement néfaste. En effet, la nacelle est conçue et dimensionnée pour une veine secondaire canalisée qui exerce une pression sur sa structure interne. En revanche, la nacelle n’est pas conçue pour faire face à un écopage du flux constituant la veine secondaire vers le turboréacteur, un écopage important peut conduire à un arrachement de la structure interne de la nacelle.

Cependant, l’étanchéité entre les capots et le turboréacteur présente une problématique particulière. Tout d’abord, les deux capots sont chacun animés de mouvements axiaux et radiaux par rapport au turboréacteur. Ensuite, compte tenu de la grande dimension des pièces, les deux capots peuvent en fonctionnement connaître des déplacements importants. Un joint interposé entre un capot et le turboréacteur doit donc créer une barrière d’étanchéité quelle que soit la position relative d’un capot par rapport au turboréacteur, et pour cela, présenter une grande amplitude d’écrasement.

Pour les joints disposés à proximité du turboréacteur, une résistance au feu minimale est également requise. Les tests permettant de vérifier la résistance au feu requise consistent par exemple à soumettre le joint pendant une durée de 15 minutes à une flamme d’une température de 1100°C, et à vérifier qu’à l’issue de cette durée, il ne subsiste pas de flamme résiduelle importante.

Pour qu’un joint présente les qualités de résistance au feu et à la pression requises, il convient d’assurer une compression minimale du joint et d’assurer que le joint puisse travailler dans une plage de compression limitée. Cela implique généralement de prévoir des joint de taille importante et/ou de taille évolutive, c’est-à-dire présentant une taille pouvant varier selon la section du joint considérée. Il est également connu de modifier localement la hauteur d’un joint, par l’ajout, sous la base du joint, de cales d’épaisseur métalliques permettant de rehausser localement le joint. L’ajout de cales métalliques est une opération longue et fastidieuse, ce qui représente donc un surcoût important. En outre, l’ensemble des cales représente une masse supplémentaire indésirable.

La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus, en évitant l’utilisation de cales additionnelles pour le positionnement d’un joint nécessitant des portions surélevées, et tout en respectant les contraintes d’étanchéité et de résistance au feu liées à l’intégration d’un tel joint dans un ensemble propulsif d’aéronef, et en particulier dans une nacelle de turboréacteur. A cet effet, l’invention concerne joint d’étanchéité conçu pour être interposé entre deux parties d’un ensemble propulsif d’un aéronef, ledit joint comportant une base et une partie tubulaire cylindrique, la base et la partie tubulaire étant allongées selon un axe longitudinal du joint, la base présentant une épaisseur minimale, le joint comportant, le long de son axe longitudinal, au moins une portion localement surélevée, la base présentant au niveau de chaque portion localement surélevée une épaisseur supérieure à l’épaisseur minimale, la base comportant, pour chaque portion localement surélevée, au moins un pli de renfort comprenant un matériau résistant au feu.

Ainsi, en prévoyant un joint comportant certaines portions dont la base est surélevée et comporte des plis de renfort résistant au feu, on évite l’emploi de cales additionnelles, tout en conférant une résistance au feu suffisante. En effet, la présence d’un ou plusieurs plis de renfort réalisés à partir d’un matériau résistant au feu permet de conférer au joint la résistance au feu souhaitée. On obtient ainsi un gain de masse, puisque l’augmentation locale de l’épaisseur de la base du joint et l’intégration de plis de renfort génère une masse additionnelle bien moindre que lorsqu’on utilise des cales additionnelles métalliques. En outre, le montage du joint est grandement simplifié puisque l’on supprime l’étape d’insertion des cales additionnelles.

Dans une réalisation, le ou les plis de renfort comportent un matériau résistant à une température d’au moins 1100°C, par exemple des fibres de verre, de carbone ou de céramique.

Dans une réalisation, le ou les plis de renforts sont réalisés par tissage de fibres de verre, de carbone ou de céramique.

Dans une réalisation, le joint est tel que, pour chaque portion localement surélevée, le nombre de plis de renfort intégrés dans la base dépend de la différence entre l’épaisseur de la base au niveau de la portion considérée et l’épaisseur minimale h de la base.

Dans une réalisation, la base comporte au moins une semelle de fixation.

Dans une réalisation, le joint comporte un matériau élastomère, par exemple de type silicone.

Dans une réalisation, la partie tubulaire est armée de fibres, par exemple des fibres de verre, de carbone ou de céramique.

Dans une réalisation, le joint est réalisé par moulage, la base étant surmoulée sur le ou les plis de renfort. L’invention concerne également une nacelle de turboréacteur d’aéronef, la nacelle comportant au moins un joint tel que défini ci-dessus. L’invention concerne en outre un ensemble propulsif d’aéronef, comportant un turboréacteur et une nacelle, l’ensemble propulsif comportant au moins un joint tel que défini ci-dessus. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillées qui suite, faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’un ensemble propulsif d’aéronef, comprenant une nacelle et un turboréacteur ; - la figure 2 est une vue éclatée de l’ensemble propulsif de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective des deux demi-parties constituant la section arrière de la nacelle des figures 1 et 2, et montrant en particulier certains des emplacements des joints équipant l’ensemble propulsif ; - la figure 4 est une vue partielle d’un joint conforme à l’invention ; - les figures 5a et 5b montrent des sections transversales du joint de la figure 4, respectivement selon les sections AA et BB de la figure 4.

Les figures 1 et 2 montrent les principaux éléments constituant un ensemble propulsif 1. L’ensemble propulsif 1 inclut dans l’exemple un turboréacteur 2 double flux, équipé d’une nacelle entourant le turboréacteur 2. La nacelle comporte notamment : - une entrée d’air 3 (non représentée sur la figure 2), située en avant du turboréacteur 2 ; - une section médiane 4, entourant un carter 20 de soufflante du turboréacteur 2, et comportant dans l’exemple deux demi-parties 4a, 4b ; - une section arrière 5, formée dans l’exemple de deux demi-parties 5a, 5b, et embarquant des moyens d’inversion de poussée comprenant notamment des grilles d’inversion 5c, la section arrière 5 entourant la chambre de combustion du turboréacteur 2 ; et - une tuyère d’éjection 6, dont la sortie est située en aval du turboréacteur, et formée d’une partie externe 6a et d’une partie interne 6b.

La figure 3 montre les deux demi-parties 5a, 5b de la section arrière 5 de la nacelle des figures 1 et 2.

Chaque demi-partie 5a, 5b, comporte un capot 50 externe coulissant. La translation vers l’arrière des capots 50 externes permet de découvrir les grilles d’inversion 5c, mettant ainsi en communication la veine 52 de flux froid et l’extérieur de la nacelle. Les capots 50 externes coulissants sont représentés à la figure 3 en position reculée, c’est-à-dire en position d’inversion de poussée. La translation des capots 50 permet en outre de déployer des volets de blocage (non visibles) dans la veine 52 de flux froid. Ainsi, par l’action combinée des volets de blocage et des grilles d’inversion, le flux froid peut être redirigé vers l’avant de la nacelle, ainsi qu’expliqué plus haut.

Chaque une demi-partie 5a, 5b de la section arrière 5 de la nacelle inclut notamment une structure fixe interne 54 (ou IFS), et une structure fixe externe 56 (ou OFS). La structure fixe interne 54 vient en contact du turboréacteur (non représenté sur la figure 3) et, plus précisément, vient en contact d’un carter qui entoure le compresseur du turboréacteur 2. La figure 3 montre en outre certains des joints d’étanchéité disposés dans la nacelle, en l’espèce les joints 70, 72, 74, 76, 78 qui sont solidaires de la demi-partie 5a droite de la section arrière 5. Bien entendu, des joints similaires sont disposés dans la demi-partie 5b gauche de la section arrière 5. Comme on le verra plus bas, chacun de ces joints peut être conforme à l’invention.

Le joint 70 est fixé à la structure fixe interne 54. Ainsi, lorsque l’ensemble propulsif est en configuration normale de fonctionnement, le joint 70 est interposé entre la structure fixe interne 54 et le carter du turboréacteur 2, et le joint 70 se trouve dans un état au moins partiellement écrasé entre ces deux parties. Comme illustré sur la figure 3, un joint d’étanchéité conforme à l’invention peut également être placé, sur la section arrière 5 de la nacelle : - au niveau de la ligne de jonction supérieure (joint 74) ; - dans la zone de jonction avec le cadre avant de la nacelle (joint 76); - et/ou sur la structure fixe interne 54, à l’avant (joint 78).

Les joints d’étanchéité 70 à 78 permettent de conserver en toute circonstance un contact et donc de créer une barrière étanche entre le turboréacteur 2 et la nacelle.

On décrit ci-après un exemple de réalisation d’un joint conforme à l’invention, pouvant être installé à l’un ou plusieurs des emplacements des joints 70 à 78 de la figure 3. Le joint 80 conforme à l’invention est représenté sur les figures 4, 5a et 5b. Comme on peut le voir sur la figure 4, le joint 80 est fixé au moyen d’un élément de retenue 100, couramment dénommé sous l’appellation anglaise « retainer ». Le joint 80 présente dans l’exemple de la figure 4 une forme en « Y », et comporte ainsi deux branches 80a, 80b.

Les figures 5a et 5b correspondent respectivement aux coupes AA et BB de la figure 4. Comme on peut le voir sur ces figures, le joint d’étanchéité 80 selon l’invention comprend une partie tubulaire 82 cylindrique, allongée selon un axe longitudinal du joint (l’axe longitudinal est ici perpendiculaire au plan des figures 5a et 5b). Dans l’exemple représenté, cette partie tubulaire 82 présente, au repos, une section globalement circulaire. Le joint 80 comporte en outre une base 84, également allongée selon l’axe longitudinal du joint. La base 84 comporte dans l’exemple deux semelles 86 d’appui, espacées de manière à délimiter un renfoncement central 88. Chacune des semelles 86 forme un rebord 90 latéral destiné à coopérer avec l’élément de retenue 100 pour la fixation du joint. La partie tubulaire 82 et la base 84 du joint sont réalisées principalement à base d’un matériau élastomère tel que du silicone, notamment par moulage. Comme visible sur la figure 4, la configuration de montage du joint 80 est telle que le joint 80 nécessite d’être surélevé à proximité de la section AA, mais ne nécessite pas d’être surélevé à proximité de la section BB. Les figures 5a et 5b reflètent cette différence. Ainsi, la section représentée à la figure 5a présente une base rehaussée conformément à l’invention, tandis que la section représentée à la figure 5b présente une base non rehaussée.

Comme visible en figure 5a, la base 84 présente une épaisseur H supérieure à l’épaisseur h de la base de la figure 5b, cette dernière constituant l’épaisseur minimale de la base 84, c’est-à-dire l’épaisseur de la base pour les portions du joint qui ne nécessitent pas d’être rehaussées. Conformément à l’invention, la portion de la base 84 de la figure 5a comporte au moins un pli 92 de renfort comportant un matériau résistant au feu. En l’espèce, la base 84 comporte à cet endroit plusieurs plis 92 de renfort, disposés parallèlement les uns aux autres, et parallèlement à l’axe longitudinal du joint. Les plis 92 sont superposés et espacés les uns des autres. Les plis 92 comportent un matériau présentant une résistance au feu répondant aux contraintes de l’intégration dans un ensemble propulsif, et notamment une résistance au feu très supérieure au matériau constituant principalement le joint 80. Les plis 92 de renfort devront par exemple résister à une température d’environ 1100 °C, pendant une durée minimale de 15 minutes. Les plis 92 peuvent par exemple comporter des fibres de verre, des fibres de carbone, ou des fibres de céramique, et peuvent être réalisés par tissage de fibres. Dans l’exemple de la figure 5a, la base 84 comporte trois plis 92 de renfort. Le nombre de plis de renfort sera généralement dépendant de la hauteur de rehaussement nécessaire. A titre d’exemple, on pourra prévoir d’insérer un pli de renfort (d’une épaisseur par exemple proche d’un dixième de millimètre) pour chaque millimètre de surépaisseur de la base du joint. Ainsi, pour une surépaisseur d’un millimètre, on prévoira un seul pli, et pour une surépaisseur de deux millimètres, on prévoira deux plis de renfort. Avantageusement, les plis 92 de renfort sont noyés dans le matériau constituant principalement le joint 80.

Comme visible sur la figure 5b, la base 84 ne comporte pas, à proximité de la section BB, de surépaisseur. La base 84 ne comporte donc pas non plus de plis de renfort à cet endroit.

Un joint conforme à l’invention, tel que le joint 80 de la figure 4 pourra bien entendu inclure, le long de son axe longitudinal, autant de portions localement surélevées qu’imposé par la configuration de montage du joint. En particulier, un tel joint pourra inclure plusieurs portions localement surélevées de hauteurs différentes, ces portions de hauteurs différentes pouvant être ou non séparées par des portions non surélevées. L’invention permet de réaliser un joint comportant certaines portions surélevées, ce sans ajout de cales externes, et tout en assurant une résistance au feu suffisante.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Joint (80) d'étanchéité apte à être interposé entre deux parties d'un ensemble propulsif (1) d'un aéronef, ledit joint (80) comportant une base (84) et une partie tubulaire (82) cylindrique, ia base (84) et la partie tubulaire (82) étant allongées selon un axe longitudinal du joint, la base (84) présentant une épaisseur minimale (h), caractérisée en ce que le joint (80) comporte le long de son axe longitudinal , au moins une portion localement surélevée, la base (84) présentant au niveau de chaque portion localement surélevée une épaisseur (H) supérieure à l'épaisseur minimale (h), ia base (84) comportant, pour chaque portion localement surélevée, au moins un pli (92) de renfort comprenant un matériau résistant au feu.
2. 2. Joint (80) selon la revendication 1, dans lequel le ou les plis (92) de renfort comportent un matériau résistant à une température d'au moins 1100° C, par exemple des fibres de verre, de carbone ou de céramique.
3. 3. Joint (80) selon la revendication précédente dans iequel le ou les plis de renfort sont réalisés par tissage de fibre de verre, de carbone ou de céramique.
4. 4. joint (80) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque portion localement, surélevée, le nombre de plis (92) de renfort intégré dans la base (84) dépend de la différence entre l'épaisseur (H) de la base (84) au niveau de la portion considérée et l’épaisseur minimale (h) de la base (84).
5. 5. Joint (80) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la base (84) comporte au moins une semelle (86) de fixation.
6. 6. Joint (80) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’il comporte un matériau élastomère, par exemple de type silicone.
7. 7. Joînt(80) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie tubulaire (82) est armée de fibres, par exemple des fibres de verre, de carbone ou de céramique.
8. 8. Joint (80) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’il est réalisé par moulage, la base (84) étant surmoulée sur le ou les plis (92) de renfort.
9. 9. Nacelle de turboréacteur d’aéronef, la nacelle comportant au moins un joint (80) conforme à l’une des revendications précédentes.
10. 10. Ensemble propulsif (1) d'aéronef, comportant un turboréacteur et une nacelle, l'ensemble propulsif comportant au moins un joint (80) conforme à l'une des revendications 1 à 8.